炭素繊維「ブラックゴールド」が新素材の王國を照らす

ここの世界靴の帽子網の小編で紹介されているのは「ブラックゴールド」炭素繊維：新材料王國のまぶしい星です。

メディアの報道によると、現在國際的には世界最小の無人機が開発され、ハエのような大きさで、主體は炭素繊維で作られ、106ミリグラムしかない。このマシンは、押出された狹い空間に入るなどして、特別な環境情報を探すための検索や救援活動が期待できます。

また、最近の軍事力や科學技術の強國は、「炭素繊維産業の発展」などの関連分野に目を向けて、再生可能炭素繊維材料の開発計畫を競って打ち出し、革新研究機構を増設し、工程のナノ技術や炭素繊維など6つの主要技術分野の急速な発展を重點的に推進したいと考えています。

科學的な秘密"ブラックゴールド"炭素繊維

炭素繊維の起源は1860年までさかのぼります。イギリス人のサーフ？これは繊維狀の炭素材料で、黒色を呈して、質が硬いです。強度は鋼より大きく、密度はアルミニウムより小さく、ステンレスよりも腐食に強く、耐熱鋼より高溫に強く、銅のように電気、熱學、力學など総合的に優れた性能を持つ新しい材料です。製造技術が難しく、実用価値が高いため、業界では「ブラックゴールド」と呼ばれています。

炭素繊維の「外柔內剛」は、炭素材料の本質特性だけでなく、繊維の柔軟性と加工性を兼ね備え、次世代の高性能強化繊維です。髪の毛より何倍も細い炭素繊維と樹脂、炭素、陶磁器、金屬などの基體は特殊な複合成型プロセスを通じて製造され、性能の優れた炭素繊維複合材料が得られます。航空、宇宙、エネルギー、交通、軍用裝備など多くの分野に広く応用できます。國防軍員と民間生産生活の重要な材料です。

製造技術は複雑で精密です。

20世紀の50年代、ミサイルの噴射管と弾頭が高溫に耐えて、腐食に耐えるなどの肝心な技術の難題を解決するため、アメリカは真っ先に粘膠基炭素繊維を開発しました。1959年、日本の近藤昭男はポリアクリル基炭素繊維を発明した。炭素繊維は軍事分野において武器裝備性能の向上に優れた性能を発揮しており、軍事強國の注目を集めています。その後、いくつかの國が重點的に投入し、より高性能で、より多くの種類の炭素繊維を開発し続けています。日本は相前後して、高モード性兼備など一連の重要な技術難題を突破しました。開発した炭素繊維複合材料は優れた抗疲労性能と環境適応能力を持っています。

炭素繊維は簡単に見えるが、製造プロセスは非常に複雑で、多學科、精密化、高先端技術を一體に集めたシステム工學であり、化學工業、紡織、材料、精密機械などの多學科分野に及んでいます。全體の流れは溫濕度、濃度、粘度、流動量など千個以上のパラメータ高精度制御を含んでいます。

現在の炭素繊維及び複合材料広範な応用、規模化生産はその産業化発展の大きなネックとなります。各級の生産原理は同じですが、各種のプロセスパラメータの正確な制御の難しさは極めて違っています。10トン級、100トン級の生産ラインは、簡単に千トン級に複製できません。たとえば、重合反応は大量の熱を発生します。そのため、高機能炭素繊維を安定的に生産できるのはごく少數の國だけであり、核心技術は日本とアメリカの企業大手の手に長く握られています。その中で、日本の3社の炭素繊維の生産能力は世界の4分の3を占めて、業界の“ビッグマック”になります。

強中強國防裝備が生まれ変わる

外メディアによると、群雄を誇視するF 35戦闘機の初飛行時間が前後する中、重要な原因の一つは重量超過である。この難問を解決するために、ロッキード?マーティンは多くの方法を採用しました。最終的に35%の炭素繊維複合材料を採用して機體の重量を大幅に低減しました。ある意味、炭素繊維複合材料でF 35戦闘機を達成しました。

現在、炭素繊維複合材料は高いステルス性能を実現するために不可欠な基礎材料となるだけでなく、武器裝備システムの先進性能を測定するための重要なシンボルとなっている。例えば、X-47 B、全世界のタカ、全世界の観察者、西風などの飛行器が炭素繊維の複合材料の割合を応用するのがもっと高いため、そのペイロード、航続能力と生存能力がすべて新しい突破を実現しました。

現役F-22戦闘機の最大の特徴は、ステルス性が良いことです。これは炭素繊維の復合材料を多く使うことと関系があります。また、F-117 A戦闘機、B-2ステルス爆撃機なども炭素繊維吸波材を採用しており、スウェーデンの「ヴィスビュー」級の哨戒艦體を含む全ての複合材料を使用しており、高い隠れ身、高機動、長壽などの先進的な作戦性能を有しています。

宇宙開発の分野はもっとバーツが必要です。例えば固體ロケットのエンジンの品質が1キロ減ると、射程は16キロ増加する。そのため、炭素繊維複合材料はアメリカの「愛國者」ミサイル、「トライデント」II、ドイツHVM超音波ミサイル、フランスの「アリアン」－2ロケット、日本M-5ロケットなどのエンジンケースに多く応用されており、未來の炭素繊維はさらに小型化、高機動性、高精度、高突撃能力の先進的戦略的武器裝備を発展させる重要な基礎となる。

新型の高性能炭素繊維複合材料は、より良い安定性と信頼性を持っており、現在は高度な音速飛行器、國際宇宙ステーション、先進衛星などの裝備システムに多く使われています。米國防総省は「21世紀の國防需要に関する資料研究」の報告で、「2020年までに複合材料だけが裝備の性能を20～25%向上させる可能性がある」と強調した。

優中優事は國家の安全利益にかかわる。

外軍は、現代情報化戦爭はハイテク裝備の戦いであり、さらに高性能材料の戦いでもあると考えています。

近代的な武器裝備の発展、ステルス化、低エネルギー消費、高機動性、大負荷などの傾向が顕著になり、炭素繊維及び複合材料の性能要求がますます高くなっている。そのため、より強度が高く、より高いモジュールの炭素繊維とそれに合う高性能な戦闘システムを開発し、軍事強國が先端の実力を競う重要な課題となっています。現在、先進國は炭素繊維、先進的な樹脂と製造技術の3つの方向で重點的に突進しています。

現在、炭素繊維の引張強度とモジュラスは理論的に及び実験室において、巨大な潛在力と空間が存在しています。

樹脂研究分野では、高靭熱硬化性樹脂の発展に重點を置いており、武器裝備部品の長期効果溫度を高め、靭性、工蕓性、耐濕性を改善しています。熱可塑性樹脂を開発することで、武器裝備の耐衝撃性と耐疲労損傷性能を著しく向上させることができます。

近代的な先進的な自動化製造技術は、部材の三次元モデルから製造一體化までの一體化を実現し、大きなサイズと複雑な構造部品の製造に適しており、裝備の品質の信頼性とコスト削減を効果的に高め、國防軍工のより良い発展を促進することができます。

ここ數年來、我が國の國防建設の発展に適応するために、炭素繊維その複合材料は國の重點支援項目として挙げられています。専門家は、將來に目を向けて完全自主的な高レベルの産業チェーンを建設し、國家の安全利益にかかわる核心技術を真に自分の手に握らせるよう努力することは、興國強軍の中國の夢を実現するための道であると考えています。